Im Laufe der Evolution haben Pflanzen unterschiedliche Mechanismen entwickelt, um Umweltreize wahrzunehmen. Da sich Pflanzen nicht wie andere Organismen von einem Ort zum anderen bewegen können, ist es von großer Bedeutung, zu verstehen, was um sie herum geschieht. Zur Überraschung vieler sind diese Wahrnehmungssysteme ausgefeilter als angenommen. Aktuelle Studien haben beispielsweise gezeigt, dass sie dazu in der Lage sind Töne abgeben Dies könnte andere Organismen über den physiologischen Zustand der Pflanze und ihre Fähigkeit dazu informieren „beobachten“ und nachahmen Pflanzen in der Umgebung, möglicherweise durch einfache augenähnliche Lichtrezeptoren, sogenannte Ocelli.

Die Fähigkeit von Pflanzen, ökologisch relevante Geruchssignale zu erkennen, ist eines der sensorischen Systeme, das Forscher fasziniert hat. Wenn Pflanzengewebe durch Stress geschädigt wird, emittieren sie flüchtige organische Verbindungen (VOCs), die distales Pflanzengewebe oder benachbarte Pflanzen als Warnung erkennen können, um sich auf zukünftige Angriffe vorzubereiten. Sobald es erkannt wird, können sich Pflanzen, die es wahrnehmen, darauf vorbereiten, sich entweder durch flüchtige Abwehrinduktion oder durch Abwehrvorbereitung zu verteidigen. Trotz der zahlreichen Studien, die darüber sprechen Art der Kommunikation, bleiben wichtige Fragen zur flüchtigen Pflanzenkommunikation offen, einschließlich des zugrunde liegenden Mechanismus, wie Pflanzen solche Signale wahrnehmen, und des Ortes, an dem diese Wahrnehmung stattfindet. Aktuelle Hypothesen deuten darauf hin, dass flüchtige Verbindungen im Pflanzengewebe wahrgenommen werden und dass Stomata – die winzigen Poren in der Pflanzenepidermis – als Eintrittspforte für viele dieser Verbindungen fungieren.

Ein weiterer Schlüsselfaktor für die Pflanzenkommunikation, der bisher wenig erforscht wurde, ist die Rolle des Umweltkontexts. Pflanzen reagieren auf Reize, die durch Umweltveränderungen verursacht werden, mit deutlichen Veränderungen in Bezug auf ihre Entwicklung und Physiologie. Tatsächlich reagieren Stomata vorhersehbar auf Umweltbedingungen, öffnen sich als Reaktion auf Lichtreize und schließen sie bei Lichtmangel oder bei Dürre. In diesem Sinne und da Stomata potenzielle Orte für die Aufnahme flüchtiger Verbindungen sind, sollten sich umweltbedingte Veränderungen der Stomata-Öffnung auf die Pflanzenkommunikation über VOCs auswirken.

Um zur Beantwortung dieser Fragen beizutragen, führten Natalie M. Aguirre – eine Doktorandin an der Texas A&M University – und ihre Kollegen eine faszinierende Studie durch prüfen wie der Umweltkontext die flüchtige Kommunikation und Abwehrbereitschaft von Pflanzen moduliert  Zusätzlich zur Untersuchung der Rolle der Stomata bei der Wahrnehmung olfaktorischer Signale setzten die Autoren Maispflanzen verschiedenen flüchtigen organischen Verbindungen aus, die als Reaktion auf Pflanzenfresser gebildet werden (sogenannte HIPVs). Sie simulierten Pflanzenfresserangriffe unter verschiedenen Umweltbedingungen (Licht, Dunkelheit, Trockenheit und Abscisinsäure-Anwendung), welche die Stomataöffnung bzw. die Abwehrsignalgebung beeinflussen. Anschließend quantifizierten sie die von den Pflanzen synthetisierten Phytohormone und die emittierten flüchtigen Verbindungen.

Die Ergebnisse zeigen, dass die Wahrnehmung flüchtiger Verbindungen und die anschließende Abwehraktivierung unter Umgebungsbedingungen beeinträchtigt waren, die die stomatäre Leitfähigkeit verringern oder die Abwehrsignale verändern. Unter nicht gestressten Bedingungen und bei Lichteinwirkung hielten die Pflanzen ihre Spaltöffnungen offen, was darauf hindeutet, dass sie die Signale der HIPVs wahrnehmen konnten. Tatsächlich wiesen diese Pflanzen höhere Konzentrationen an Substanzen auf, von denen bekannt ist, dass sie bei der Induktion der Abwehr von Pflanzenfressern eine Rolle spielen, wie z Jasmonsäure (JA) und Abscisinsäure (ABA). Im Gegensatz dazu hatten Pflanzen unter Dunkelheit oder Trockenheit ihre Stomata geschlossen und produzierten weniger solcher Substanzen. Dies weist darauf hin, dass die Aufnahme flüchtiger Verbindungen und die anschließende Pflanzenkommunikation bei Umgebungsbedingungen, die die Öffnung der Stomata verringern, beeinträchtigt sein können.

Obwohl es immer noch unbeantwortete Fragen gibt, wie z. B. welche Auswirkungen andere Umweltbedingungen haben, die die flüchtigen Emissionen, die Aufnahme, die Wahrnehmung und die Abwehrbereitschaft von Pflanzen verändern könnten, liefert diese spannende Arbeit ein besseres Verständnis dafür, wie Umweltkontexte physiologische Reaktionen sowie Abwehrsignale und -angebote beeinflussen Neue Einblicke in die flüchtige Kommunikation von Pflanzen.

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Aguirre, NM, Grunseich, JM, Lima, AF, Davis, SD und Helms, AM (2023). Plant communication across different environmental contexts suggests a role for stomata in volatile perception. Plant, Cell & Environment. Verfügbar unter: https://doi.org/10.1111/pce.14601

Über den Autor.

Andrés Reyes ist Biotechnologie-Ingenieur und arbeitet im Bereich Pflanzenmolekularbiologie am Nationalen Institut für Agrarforschung (INIAP) in Ecuador. Er hat eine Leidenschaft für Wissenschaftskommunikation und ist davon überzeugt, dass die Verbindung der Wissenschaft mit der Gemeinschaft von grundlegender Bedeutung ist, um echte und dauerhafte Veränderungen herbeizuführen. Sie können ihm auf Twitter folgen unter @f_andresreyes.